JP2016151651A - 光ファイバ及び光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】比較的短い区間の光伝送システムのコスト低減が可能な光ファイバ、及びこの光ファイバを備える光伝送システムを提供する。
【解決手段】光ファイバ１Ａは、光ファイバ心線１０と、フェルール２０と、拡大コア部３０とを備える。光ファイバ心線１０は、波長１１００ｎｍ以下の光をシングルモードで伝搬するコア１１と、コア１１の周囲に配置され、コア１１の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド１２とを有する。光ファイバ心線１０はステップ型の屈折率プロファイルを有しており、コア１１の直径は７μｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ及び光伝送システムに関するものである。

特許文献１には、マルチモード光ファイバに関する技術が記載されている。この文献には、光源としての垂直共振器面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER；ＶＣＳＥＬ）と、受光部としてのフォトダイオードと、これらを接続するマルチモード光ファイバとを備える光伝送システムの例が開示されている。

米国特許出願公開第２０１３／００８４０４８号明細書

マルチモード光ファイバは、伝搬モードが複数存在するため長距離の信号伝送に不向きではあるが、シングルモード光ファイバと比較してファイバ端の開口数が大きいことから他の機器との光接続が容易であるという特徴を有する。従って、マルチモード光ファイバは、例えば数百メートルといった比較的短い区間の信号伝送に好適に用いられる。しかしながら、マルチモード光ファイバは一般的にシングルモード光ファイバよりも高価であり、光伝送システムのコスト低減を妨げる要因となる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、比較的短い区間の光伝送システムのコスト低減が可能な光ファイバ、及びこの光ファイバを備える光伝送システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明による光ファイバは、波長１１００ｎｍ以下の光をシングルモードで伝搬するためのコアと、コアの周囲に配置され、コアの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッドとを備え、ステップ型の屈折率プロファイルを有しており、コアの直径が７μｍ以下である。

本発明によれば、比較的短い区間の光伝送システムのコスト低減が可能な光ファイバ、及びこの光ファイバを備える光伝送システムを提供できる。

図１は、第１実施形態に係る光ファイバの先端部付近の構造を示す断面図である。 図２は、光ファイバが備える光ファイバ心線の先端部付近の外観を示す斜視図である。 図３は、拡大コア部の変形例を示す断面図である。 図４は、光ファイバの製造方法を示す図である。 図５は、第２実施形態に係る光ファイバの先端部付近の構造を示す断面図である。 図６は、光ファイバの製造方法を示す図である。 図７は、光ファイバの別の製造方法を示す図である。 図８は、第３実施形態に係る光ファイバの先端部付近の構造を示す断面図である。 図９は、光ファイバの製造方法を示す図である。 図１０は、第４実施形態としての光伝送システムの構成を概念的に示す図である。 図１１は、波長８５０ｎｍの光に対する曲げ損失（ｄＢ／ｍ）の測定結果を示す図表である。 図１２は、波長１１００ｎｍの光に対する曲げ損失（ｄＢ／ｍ）の測定結果を示す図表である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に、本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。（１）本願発明による光ファイバは、波長１１００ｎｍ以下の光をシングルモードで伝搬するコアと、コアの周囲に配置され、コアの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッドとを備え、ステップ型の屈折率プロファイルを有しており、コアの直径が７μｍ以下である。この光ファイバでは、波長１１００ｎｍ以下の光をシングルモードで伝搬する為に、コアの直径が７μｍ以下となっている。また、屈折率プロファイルは、ステップ型という比較的単純な構造である。これらのようなシングルモード光ファイバとしての特徴により、当該光ファイバは、マルチコア光ファイバよりも安価に提供され得る。従って、比較的短い区間での波長１１００ｎｍ以下の光通信に用いられてきたマルチコア光ファイバに代えて当該光ファイバを採用することにより、光伝送システムのコスト低減が可能となる。

（２）上記光ファイバにおいて、コアとクラッドとの比屈折率差と、コアの直径との積が２．９％・μｍ以下であってもよい。これにより、波長１１００ｎｍ以下の光をシングルモードで好適に伝搬することができる。

（３）上記光ファイバにおいて、半径７．５ｍｍの円環状に一周回だけ巻回されたときの、波長１１００ｎｍ以下の光に対する曲げ損失が１ｄｂ／ｍ以下であってもよい。これにより、伝搬される光の光損失を実用的な範囲内に抑えることができる。

（４）上記光ファイバは、コアが波長８５０ｎｍ以下の光をシングルモードで伝搬し、コアの直径が６μｍ以下であってもよい。これにより、比較的短い区間での波長８５０ｎｍ以下の光通信に用いられてきたマルチコア光ファイバに代えて当該光ファイバを採用することができ、そのような光伝送システムのコスト低減が可能となる。

（５）上記光ファイバにおいて、コアとクラッドとの比屈折率差と、コアの直径との積が２％・μｍ以下であってもよい。これにより、波長８５０ｎｍ以下の光をシングルモードで好適に伝搬することができる。

（６）上記光ファイバにおいて、半径７．５ｍｍの円環状に一周回だけ巻回されたときの、波長８５０ｎｍ以下の光に対する曲げ損失が１ｄｂ／ｍ以下であってもよい。これにより、伝搬される光の光損失を実用的な範囲内に抑えることができる。

（７）上記光ファイバは、コアの先端に接して設けられ、コアの屈折率以上の屈折率を有し、当該光ファイバの長手方向である第１方向に垂直な断面における直径が先端から第１方向外方に向けて拡大している拡大コア部を更に備えてもよい。これにより、例えばＶＣＳＥＬといった放射角の広い光源からの光であっても、コア径が比較的小さい（言い換えれば、開口数が小さい）上記光ファイバに効率良く入射させることができる。

（８）上記光ファイバは、当該光ファイバの先端部に取り付けられ、第１方向においてコアの先端よりも外側に位置する端面を有するフェルールを更に備え、コアの先端からフェルールの端面にわたって穴が形成されており、第１方向に垂直な断面における穴の内径が、コアの先端からフェルールの端面に向けて拡大しており、拡大コア部は、コアの屈折率と等しい屈折率を有する樹脂が穴に充填されて成ってもよい。これにより、拡大コア部を好適に実現することができる。この場合、穴はフェルールに形成されてもよく、コア及びクラッドに形成されてもよい。

（９）上記光ファイバは、当該光ファイバの先端部に取り付けられ、第１方向においてコアの先端よりも外側に位置する端面を有するフェルールを更に備え、コアの先端からフェルールの端面にわたって穴が形成されており、第１方向に垂直な断面における穴の内径が、コアの先端からフェルールの端面にわたって一定であり、穴に樹脂が充填されており、拡大コア部は樹脂の一部によって構成され、樹脂における一部を除く他の部分の屈折率はコアの屈折率よりも小さくてもよい。これにより、拡大コア部を好適に実現することができる。

（１０）本願発明による第１の光伝送システムは、上記（１）〜（３）のうち何れかの光ファイバと、波長１１００ｎｍ以下の光を出力する半導体レーザを有し、光ファイバの一端と光学的に結合された光源と、フォトダイオードを有し、光ファイバの他端と光学的に結合された受光部とを備える。この第１の光伝送システムは、例えば比較的短い区間での波長１１００ｎｍ以下の光通信に好適に用いられ、マルチコア光ファイバに代えて上記（１）〜（３）のうち何れかの光ファイバを備えることにより、コスト低減を可能にできる。

（１１）本願発明による第２の光伝送システムは、上記（４）〜（６）のうち何れかの光ファイバと、波長８５０ｎｍ以下の光を出力する半導体レーザを有し、光ファイバの一端と光学的に結合された光源と、フォトダイオードを有し、光ファイバの他端と光学的に結合された受光部とを備える。この第２の光伝送システムは、例えば比較的短い区間での波長８５０ｎｍ以下の光通信に好適に用いられ、マルチコア光ファイバに代えて上記（４）〜（６）のうち何れかの光ファイバを備えることにより、コスト低減を可能にできる。

［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る光ファイバ及び光伝送システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明において、光ファイバの端面から外方への向きを前方と称し、端面から内方への向きを後方と称することがある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光ファイバ１Ａの先端部付近の構造を示す断面図であって、光伝搬方向である第１方向（すなわち光ファイバ１Ａの長手方向）Ａ１に沿った断面を示している。また、図２は、光ファイバ１Ａが備える光ファイバ心線１０の先端部付近の外観を示す斜視図である。

本実施形態の光ファイバ１Ａは、光ファイバ心線１０と、フェルール２０と、拡大コア部３０とを備えている。光ファイバ心線１０は、コア１１と、クラッド１２とを有する。コア１１は、波長１１００ｎｍ以下（より好ましくは波長８５０ｎｍ以下）の光をシングルモードで伝搬するための構成を有する。具体的には、コア１１は例えばゲルマニア（ＧｅＯ_２）を添加したシリカガラスといった材料からなり、方向Ａ１に垂直な断面におけるコア１１の直径は７μｍ以下（より好ましくは６μｍ以下、一実施例では４μｍ）である。クラッド１２は、コア１１の周囲に配置され、コア１１の屈折率よりも低い屈折率を有する。クラッド１２は、例えばシリカガラスといった材料からなる。クラッド１２の好適な外径は、例えば１２５μｍである。コア１１及びクラッド１２はいわゆるステップ型（ステップインデックス型）の屈折率プロファイルを有しており、コア１１の屈折率分布、及びクラッド１２の屈折率分布は、それぞれ径方向に一定である。

コア１１が波長１１００ｎｍ以下の光を伝搬する場合、コア１１とクラッド１２との比屈折率差と、コア１１の直径との積は２．９％・μｍ以下であることが好ましい。これにより、波長１１００ｎｍ以下の光をシングルモードで好適に伝搬することができる。また、半径７．５ｍｍの円環状に一周回だけ巻回されたときの、波長１１００ｎｍ以下の光に対する曲げ損失は１ｄｂ／ｍ以下であることが好ましい。これにより、伝搬される光の光損失を実用的な範囲内に抑えることができる。なお、曲げ損失を考慮すると、コア１１の直径が４μｍである場合、コアとクラッドとの比屈折率差が０．７％以上であることが好適である。

また、コア１１が波長８５０ｎｍ以下の光を伝搬する場合、コア１１とクラッド１２との比屈折率差と、コア１１の直径との積は２％・μｍ以下であることが好ましい。これにより、波長８５０ｎｍ以下の光をシングルモードで好適に伝搬することができる。また、半径７．５ｍｍの円環状に一周回だけ巻回されたときの、波長８５０ｎｍ以下の光に対する曲げ損失は１ｄｂ／ｍ以下であることが好ましい。これにより、伝搬される光の光損失を実用的な範囲内に抑えることができる。なお、曲げ損失を考慮すると、コア１１の直径が４μｍである場合、コアとクラッドとの比屈折率差が０．４％以上であることが好適である。

フェルール２０は、光ファイバ心線１０の先端部に取り付けられた略円筒状の部材である。フェルール２０は、例えばポリエーテルイミドといった材料からなる。フェルール２０は、方向Ａ１に沿って延びており、その中心軸線は光ファイバ心線１０の中心軸線と一致している。フェルール２０は、方向Ａ１における一対の端面２０ａ，２０ｂと、端面２０ａから端面２０ｂへ貫通する断面円形状のファイバ挿通孔２１とを有する。ファイバ挿通孔２１には光ファイバ心線１０の先端部が挿通され、ファイバ挿通孔２１の内面と光ファイバ心線１０の外周面とが互いに固定されている。

ここで、光ファイバ１Ａには穴１３が形成されている。本実施形態では、穴１３は光ファイバ心線１０のコア１１及びクラッド１２に形成されているが、後述する各実施形態のように、該穴がフェルールに形成されていてもよい。

穴１３は、光ファイバ心線１０の中心軸線まわりに回転対称な形状をしており、光ファイバ心線１０の端面１０ａから方向Ａ１に沿って光ファイバ心線１０の内部に向けて凹んでいる。これにより、コア１１の先端１１ａは、光ファイバ心線１０の端面１０ａよりも後方に位置している。更に、フェルール２０の端面２０ａが光ファイバ心線１０の端面１０ａと面一に設けられているので、フェルール２０の端面２０ａは、方向Ａ１においてコア１１の先端１１ａよりも外側（前方）に位置している。従って、穴１３は、コア１１の先端１１ａからフェルール２０の端面２０ａにわたって形成されている。

方向Ａ１に垂直な断面における穴１３の内径Ｌ１は、コア１１の先端１１ａから端面１０ａ，２０ａに向けて拡大している。一例では、穴１３は先端１１ａから端面１０ａ，２０ａに向けてテーパ状に拡大しており、その内面は、光ファイバ心線１０の中心軸線を中心とする円錐面状となっている。端面１０ａにおける穴１３の開口径は、例えば５０μｍ以上１００μｍ以下である。穴１３の開口径が５０μｍ以上であることにより、光伝送システムを構成する他のマルチモード光ファイバとの光結合を容易に且つ効率良くできる。また、方向Ａ１における穴１３の深さは、例えば２５０μｍ以上である。

拡大コア部３０は、この穴１３の内側に設けられており、コア１１の先端１１ａに接している。拡大コア部３０は、穴１３に充填された透明な樹脂によって構成されている。拡大コア部３０を構成する樹脂の屈折率は、コア１１の屈折率と等しいか、或いはコア１１の屈折率よりも大きい。この樹脂の形状は穴１３の内面形状に従うので、方向Ａ１に垂直な断面における拡大コア部３０の直径は、穴１３と同様に、先端１１ａから方向Ａ１の外方（前方）に向けて拡大することとなる。また、拡大コア部３０の前面３０ａは樹脂の表面張力によって略球状となっており、入射光はこの前面３０ａにより先端１１ａに向けて集光される。

拡大コア部３０を構成する樹脂としては、シリコーン系樹脂のほか、架橋ナイロンベースエンジニアリングプラスチック或いは架橋ＰＢＴベースエンジニアリングプラスチック（例えば住友電工ファインポリマー製のテラリンク（登録商標））、非晶性熱可塑性ポリエーテルイミド樹脂（例えばサビク製のＵＬＴＥＭ（登録商標））などが好適である。

図３は、拡大コア部３０の種々の変形例を示す断面図である。図３（ａ）に示される例では、拡大コア部３０を構成する樹脂とクラッド１２との接触面が、穴１３に収まっている。拡大コア部３０の前面３０ａの頂部は、端面１０ａ，２０ａから僅かに前方に突出している。また、図３（ｂ）に示される例では、充填される樹脂の量が多くなり、拡大コア部３０を構成する樹脂とクラッド１２との接触面が、穴１３から端面１０ａにわたって拡がっている。これにより、拡大コア部３０の前面３０ａが図３（ａ）の例よりも広くなっている。また、図３（ｃ）に示される例では、充填される樹脂の量が更に多くなり、拡大コア部３０を構成する樹脂とクラッド１２との接触面が、更に端面２０ａに達するほどに拡がっている。これにより、拡大コア部３０の前面３０ａが図３（ｂ）の例よりも更に広くなっている。このように、拡大コア部３０の前面３０ａの大きさは、充填される樹脂の量によって好適に調整され得る。

図４（ａ）〜図４（ｅ）は、本実施形態の光ファイバ１Ａの製造方法の各工程を示す図である。まず、図４（ａ）に示されるように、フェルール２０を加工することによりファイバ挿通孔２１を形成する。次に、図４（ｂ）に示されるように、ファイバ挿通孔２１に光ファイバ心線１０を挿入し、ファイバ挿通孔２１の内面と光ファイバ心線１０の外側面とを接着剤等により互いに固定する。続いて、図４（ｃ）に示されるように、フェルール２０の端面と光ファイバ心線１０の端面とを併せて研磨することにより、互いに面一となる端面１０ａ，２０ａを形成する。

続いて、図４（ｄ）に示されるように、光ファイバ心線１０の端面１０ａを切削加工することにより、コア１１及びクラッド１２に穴１３を形成する。このとき、例えば先端形状が円錐状である針を用いて、光ファイバ心線１０を削るとよい。その後、図４（ｅ）に示されるように、穴１３に樹脂を充填し、該樹脂を硬化させることによって、拡大コア部３０を形成する。以上の工程を経て、本実施形態の光ファイバ１Ａが完成する。

以上の構成を備える本実施形態の光ファイバ１Ａによって得られる効果について説明する。光ファイバ１Ａでは、波長１１００ｎｍ以下の光をシングルモードで伝搬する為に、コア１１の直径が７μｍ以下となっている。また、屈折率プロファイルは、ステップ型という比較的単純な構造である。これらのようなシングルモード光ファイバとしての特徴により、当該光ファイバは、マルチコア光ファイバよりも安価に提供され得る。従って、比較的短い区間での波長１１００ｎｍ以下の光通信に用いられてきたマルチコア光ファイバに代えて当該光ファイバを採用することにより、光伝送システムのコスト低減が可能となる。

また、コア１１が波長８５０ｎｍ以下の光をシングルモードで伝搬し、コア１１の直径が６μｍ以下であってもよい。これにより、比較的短い区間での波長８５０ｎｍ以下の光通信に用いられてきたマルチコア光ファイバに代えて当該光ファイバを採用することができ、そのような光伝送システムのコスト低減が可能となる。

また、本実施形態のように、光ファイバ１Ａは、コア１１の先端１１ａに接して設けられ、コア１１の屈折率と等しい屈折率を有する樹脂からなり、方向Ａ１に垂直な断面における直径が先端１１ａから方向Ａ１外方に向けて拡大する拡大コア部３０を備えてもよい。これにより、例えばＶＣＳＥＬといった放射角の広い光源からの光であっても、コア１１の直径が比較的小さい（言い換えれば、開口数が小さい）光ファイバ１Ａに効率良く入射させることができるので、光伝送システムにおける伝送損失を、マルチモード光ファイバを使用した場合と同等とすることが可能になる。

また、本実施形態のように、コア１１の先端１１ａからフェルール２０の端面２０ａにわたって穴１３が形成されており、穴１３の内径Ｌ１が先端１１ａから端面２０ａに向けて拡大しており、拡大コア部３０は、コア１１の屈折率と等しい屈折率を有する樹脂が穴１３に充填されて成ってもよい。これにより、上記の拡大コア部３０を好適に実現することができる。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る光ファイバ１Ｂの先端部付近の構造を示す断面図であって、光伝搬方向である第１方向（すなわち光ファイバ１Ｂの長手方向）Ａ２に沿った断面を示している。

本実施形態の光ファイバ１Ｂは、フェルール４０Ａと、光ファイバ心線５０と、拡大コア部６０とを備えている。光ファイバ心線５０は、図１に示された穴１３が形成されていない点を除いて、第１実施形態の光ファイバ心線１０と同様の構成を有する。すなわち、コア５１及びクラッド５２の構成材料、屈折率分布、及び直径は、第１実施形態のコア１１及びクラッド１２と同様である。

フェルール４０Ａは、光ファイバ心線５０の先端部に取り付けられた略円筒状の部材である。フェルール４０Ａは、第１実施形態のフェルール２０と同様の材料からなる。フェルール４０Ａは、方向Ａ２に沿って延びており、その中心軸線は光ファイバ心線５０の中心軸線と一致している。フェルール４０Ａは、方向Ａ２における一対の端面４０ａ，４０ｂと、端面４０ｂから方向Ａ２におけるフェルール４０Ａの途中まで延びる断面円形状のファイバ挿通孔４１とを有する。ファイバ挿通孔４１には光ファイバ心線５０の先端部が挿通され、ファイバ挿通孔４１の内面と光ファイバ心線５０の外周面とが互いに固定されている。また、ファイバ挿通孔４１の前端面４１ａと光ファイバ心線５０の端面５０ａとが当接することにより、端面５０ａがフェルール４０Ａに対して位置決めされている。従って、本実施形態においても、フェルール４０Ａの端面４０ａは、方向Ａ２においてコア５１の先端５１ａよりも外側（前方）に位置している。

ここで、光ファイバ１Ｂには穴４２が形成されている。第１実施形態と異なり、本実施形態の穴４２はフェルール４０Ａに形成されている。穴４２は、光ファイバ心線５０の中心軸線まわりに回転対称な形状をしており、前端面４１ａ（すなわち光ファイバ心線５０の端面５０ａ）から方向Ａ２に沿って端面４０ａにわたって形成されている。

方向Ａ２に垂直な断面における穴４２の内径Ｌ２は、コア５１の先端５１ａから端面４０ａに向けて拡大している。一例では、穴４２は先端５１ａから端面４０ａに向けてテーパ状に拡大しており、その内面は、光ファイバ心線５０の中心軸線を中心とする円錐面状となっている。端面４０ａにおける穴４２の開口径は、例えば５０μｍ以上１００μｍ以下である。また、ファイバ挿通孔４１の前端面４１ａにおける穴４２の開口径は、例えば７μｍ以下であり、一例では３μｍである。

拡大コア部６０は、この穴４２の内側に設けられており、コア５１の先端５１ａに接している。拡大コア部６０は、穴４２に充填された透明な樹脂によって構成されている。拡大コア部６０を構成する樹脂は、コア５１の屈折率と等しいか、またはコア５１の屈折率よりも大きい屈折率を有する。この樹脂の形状は穴４２の内面形状に従うので、方向Ａ２に垂直な断面における拡大コア部６０の直径は、穴４２と同様に、先端５１ａから方向Ａ２の外方（前方）に向けて拡大することとなる。また、拡大コア部６０の前面６０ａは樹脂の表面張力によって略球状となっており、入射光はこの前面６０ａにより先端５１ａに向けて集光される。なお、拡大コア部６０を構成する樹脂としては、第１実施形態の拡大コア部３０の材料例として挙げられたものが好適に使用される。

図６（ａ）〜図６（ｄ）は、本実施形態の光ファイバ１Ｂの製造方法の各工程を示す図である。まず、図６（ａ）に示されるように、フェルール４０Ａを加工することにより、ファイバ挿通孔４１及び穴４２を形成する。次に、図６（ｂ）に示されるように、光ファイバ心線５０を切断して研磨することにより、端面５０ａを形成する。続いて、図６（ｃ）に示されるように、ファイバ挿通孔４１に光ファイバ心線５０を挿入し、ファイバ挿通孔４１の内面と光ファイバ心線５０の外側面とを接着剤等により互いに固定する。その後、図６（ｄ）に示されるように、穴４２に樹脂を充填し、該樹脂を硬化させることによって、拡大コア部６０を形成する。以上の工程を経て、本実施形態の光ファイバ１Ｂが完成する。

図７（ａ）〜図７（ｄ）は、光ファイバ１Ｂの別の製造方法の各工程を示す図である。まず、図７（ａ）に示されるように、フェルール４０Ａを加工することにより、ファイバ挿通孔４１及び穴４２を形成する。次に、図７（ｂ）に示されるように、穴４２に樹脂を充填し、該樹脂を硬化させることによって、拡大コア部６０を形成する。続いて、図７（ｃ）に示されるように、光ファイバ心線５０を切断して研磨することにより、端面５０ａを形成する。その後、図７（ｄ）に示されるように、ファイバ挿通孔４１に光ファイバ心線５０を挿入し、ファイバ挿通孔４１の内面と光ファイバ心線５０の外側面とを接着剤等により互いに固定する。以上の工程を経て、本実施形態の光ファイバ１Ｂが完成する。

以上の構成を備える本実施形態の光ファイバ１Ｂによれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、比較的短い区間での波長１１００ｎｍ以下（好ましくは８５０ｎｍ以下）の光通信に用いられてきたマルチコア光ファイバに代えて光ファイバ１Ｂを採用することにより、光伝送システムのコスト低減が可能となる。

また、本実施形態においても、光ファイバ１Ｂが拡大コア部６０を備えている。これにより、放射角の広い光源からの光であっても、コア５１の直径が比較的小さい（言い換えれば、開口数が小さい）光ファイバ１Ｂに効率良く入射させることができる。更に、本実施形態のように、コア５１の先端５１ａからフェルール４０Ａの端面４０ａにわたって穴４２が形成されており、穴４２の内径Ｌ２が先端５１ａから端面４０ａに向けて拡大しており、拡大コア部６０は、コア５１の屈折率と等しい屈折率を有する樹脂が穴４２に充填されて成ってもよい。これにより、拡大コア部６０を好適に実現することができ、また光ファイバ心線５０の切削加工が不要なので、容易に製造できる。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係る光ファイバ１Ｃの先端部付近の構造を示す断面図であって、光伝搬方向である第１方向（すなわち光ファイバ１Ｃの長手方向）Ａ２に沿った断面を示している。本実施形態の光ファイバ１Ｃと第２実施形態の光ファイバ１Ｂとの相違点は、フェルールに形成された穴の形状、及び拡大コア部の構成である。

本実施形態の光ファイバ１Ｃには、第２実施形態の穴４２に代えて、穴４３が形成されている。穴４３は、フェルール４０Ｂに形成されている。穴４３は、光ファイバ心線５０の中心軸線まわりに回転対称な形状をしており、前端面４１ａ（すなわち光ファイバ心線５０の端面５０ａ）から方向Ａ２に沿って端面４０ａにわたって形成されている。方向Ａ２に垂直な断面における穴４３の断面形状は、例えば円形である。方向Ａ２に垂直な断面における穴４３の内径Ｌ３は、コア５１の先端５１ａから端面４０ａにわたって一定である。穴４３の内径Ｌ３は、例えば５０μｍ以上１００μｍ以下である。

樹脂部８０は、この穴４３の内側に設けられており、コア５１の先端５１ａに接している。樹脂部８０は、穴４３に充填された樹脂によって構成されている。樹脂部８０は、拡大コア部８２と、周辺部８３とを含んで構成されている。樹脂部８０のうち拡大コア部８２を構成する部分は、コア５１の屈折率と等しいか、またはコア５１の屈折率よりも大きい屈折率を有する。また、樹脂部８０のうち周辺部８３を構成するｄ部分の屈折率は、コア５１の屈折率よりも小さく、一例ではクラッド５２の屈折率と略等しい。

方向Ａ２に垂直な断面における拡大コア部８２の直径は、先端５１ａから方向Ａ２の外方（前方）に向けて拡大している。一例では、拡大コア部８２は先端５１ａから端面４０ａに向けてテーパ状に拡大しており、その外面（周辺部８３との界面）は、光ファイバ心線５０の中心軸線を中心とする円錐面状となっている。また、拡大コア部８２の前面８２ａは樹脂の表面張力によって略球状となっており、入射光はこの前面８２ａにより先端５１ａに向けて集光される。

図９（ａ）〜図９（ｄ）は、本実施形態の光ファイバ１Ｃの製造方法の各工程を示す図である。まず、図９（ａ）に示されるように、フェルール４０Ｂを加工することにより、ファイバ挿通孔４１及び穴４３を形成する。次に、図９（ｂ）に示されるように、光ファイバ心線５０を切断して研磨することにより、端面５０ａを形成する。続いて、図９（ｃ）に示されるように、ファイバ挿通孔４１に光ファイバ心線５０を挿入し、ファイバ挿通孔４１の内面と光ファイバ心線５０の外側面とを接着剤等により互いに固定する。その後、穴４３に樹脂部８０となる光硬化樹脂を充填する。

続いて、図９（ｄ）に示されるように、樹脂部８０に拡大コア部８２及び周辺部８３を形成する。具体的には、未硬化状態の光硬化樹脂に対し、コア５１を伝搬した光を照射する。このとき、コア５１の先端５１ａから出射された光は拡がりながら光硬化樹脂を通過する。そして、光硬化樹脂のうち光が通過した領域は早期に硬化し、屈折率が比較的高い拡大コア部８２となる。また、光が通過しない領域は硬化が遅くなり、屈折率が比較的低い周辺部８３となる。

以上の構成を備える本実施形態の光ファイバ１Ｃによれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、比較的短い区間での波長１１００ｎｍ以下（好ましくは８５０ｎｍ以下）の光通信に用いられてきたマルチコア光ファイバに代えて光ファイバ１Ｃを採用することにより、光伝送システムのコスト低減が可能となる。

また、本実施形態においても、光ファイバ１Ｃが拡大コア部８２を備えている。これにより、放射角の広い光源からの光であっても、コア５１の直径が比較的小さい（言い換えれば、開口数が小さい）光ファイバ１Ｃに効率良く入射させることができる。更に、本実施形態のように、コア５１の先端５１ａからフェルール４０Ｂの端面４０ａにわたって穴４３が形成されており、穴４３の内径Ｌ３が先端５１ａから端面４０ａにわたって一定であっても、穴４３に樹脂部８０が充填され、拡大コア部８２が樹脂部８０の一部によって構成され、樹脂部８０における他の部分（周辺部８３）の屈折率がコア５１の屈折率よりも小さくてもよい。このような構成であっても、上記の拡大コア部８２を好適に実現することができ、また光ファイバ心線５０の切削加工が不要なので、容易に製造できる。

（第４実施形態）
図１０は、本発明の第４実施形態として、光伝送システム１００の構成を概念的に示す図である。この光伝送システム１００は、上記第１実施形態の光ファイバ１Ａと、光源９１と、受光部９２とを備える。光源９１は、波長１１００ｎｍ以下の光（或いは波長８５０ｎｍ以下の光）Ｌａを出力する半導体レーザ９１ａを有し、光ファイバ１Ａの一端と光学的に結合されている。半導体レーザ９１ａは、例えばＶＣＳＥＬである。また、受光部９２は、光Ｌａを受けるフォトダイオード９２ａを有し、光ファイバ１Ａの他端と光学的に結合されている。なお、光伝送システム１００は、光ファイバ１Ａに代えて、第２実施形態の光ファイバ１Ｂ、若しくは第３実施形態の光ファイバ１Ｃを備えても良い。

本実施形態の光伝送システム１００は、例えば比較的短い区間での波長１１００ｎｍ以下（或いは波長８５０ｎｍ以下）の光通信に好適に用いられ、このような区間及び波長の通信に通常用いられるマルチコア光ファイバに代えて光ファイバ１Ａ（１Ｂ若しくは１Ｃ）を備えることにより、コスト低減を可能にできる。

（実施例）
ここで、光ファイバの曲げ損失についての測定結果について説明する。本実施例においては、様々な比屈折率差Δ（％）および様々なコア径ｄ（μｍ）を有する複数の光ファイバを用意し、これらの光ファイバを半径７．５ｍｍの円環状に一周回だけ巻回することにより測定を行った。

図１１は、波長８５０ｎｍの光に対する曲げ損失（ｄＢ／ｍ）の測定結果を示す図表である。図１１において、太線の枠で囲まれた範囲はシングルモード領域であり、それ以外の範囲はマルチモード領域である。比屈折率差Δ（％）とコア径ｄ（μｍ）との積が２（％・μｍ）以下である場合にシングルモード領域となり、Δとｄとの積が１（％・μｍ）以上であると曲げ損失が低く抑えられる。また、Δとｄとの積が１．６８（％・μｍ）以上であると曲げ損失が十分に低い値（例えば１ｄｂ／ｍ以下）となった。

また、図１２は、波長１１００ｎｍの光に対する曲げ損失（ｄＢ／ｍ）の測定結果を示す図表である。図１２において、太線の枠で囲まれた範囲はシングルモード領域であり、それ以外の範囲はマルチモード領域である。比屈折率差Δ（％）とコア径ｄ（μｍ）との積が２．９（％・μｍ）以下である場合に、シングルモード領域となり、Δとｄとの積が２．７％以上であると曲げ損失が低く抑えられる（例えば１ｄｂ／ｍ以下）。

本発明による光ファイバ及び光伝送システムは、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した各実施形態では拡大コア部が樹脂からなる場合を例示したが、拡大コア部は他の材料からなってもよい。

１Ａ〜１Ｃ…光ファイバ、１０，５０…光ファイバ心線、１１，５１…コア、１２，５２…クラッド、１３，４２，４３…穴、２０…フェルール、２１…ファイバ挿通孔、３０，６０，８２…拡大コア部、４０Ａ，４０Ｂ…フェルール、４１…ファイバ挿通孔、８０…樹脂部、８３…周辺部、９１…光源、９１ａ…半導体レーザ、９２…受光部、９２ａ…フォトダイオード、１００…光伝送システム。

Claims (13)

1. 波長１１００ｎｍ以下の光をシングルモードで伝搬するコアと、
   前記コアの周囲に配置され、前記コアの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッドと、
   を備え、
   ステップ型の屈折率プロファイルを有しており、
   前記コアの直径が７μｍ以下である、光ファイバ。
2. 前記コアと前記クラッドとの比屈折率差と、前記コアの直径との積が２．９％・μｍ以下である、請求項１に記載の光ファイバ。
3. 半径７．５ｍｍの円環状に一周回だけ巻回されたときの、波長１１００ｎｍ以下の光に対する曲げ損失が１ｄｂ／ｍ以下である、請求項１または２に記載の光ファイバ。
4. 前記コアは波長８５０ｎｍ以下の光をシングルモードで伝搬し、
   前記コアの直径は６μｍ以下である、請求項１に記載の光ファイバ。
5. 前記コアと前記クラッドとの比屈折率差と、前記コアの直径との積が２％・μｍ以下である、請求項４に記載の光ファイバ。
6. 半径７．５ｍｍの円環状に一周回だけ巻回されたときの、波長８５０ｎｍ以下の光に対する曲げ損失が１ｄｂ／ｍ以下である、請求項４または５に記載の光ファイバ。
7. 前記コアの先端に接して設けられ、前記コアの屈折率以上の屈折率を有し、当該光ファイバの長手方向である第１方向に垂直な断面における直径が前記先端から前記第１方向外方に向けて拡大している拡大コア部を更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光ファイバ。
8. 当該光ファイバの先端部に取り付けられ、前記第１方向において前記コアの前記先端よりも外側に位置する端面を有するフェルールを更に備え、
   前記コアの前記先端から前記フェルールの前記端面にわたって穴が形成されており、
   前記第１方向に垂直な断面における前記穴の内径が、前記コアの前記先端から前記フェルールの前記端面に向けて拡大しており、
   前記拡大コア部は、前記コアの屈折率と等しい屈折率を有する樹脂が前記穴に充填されて成る、請求項７に記載の光ファイバ。
9. 前記穴が前記フェルールに形成されている、請求項８に記載の光ファイバ。
10. 前記穴が前記コア及び前記クラッドに形成されている、請求項８に記載の光ファイバ。
11. 当該光ファイバの先端部に取り付けられ、前記第１方向において前記コアの前記先端よりも外側に位置する端面を有するフェルールを更に備え、
    前記コアの前記先端から前記フェルールの前記端面にわたって穴が形成されており、
    前記第１方向に垂直な断面における前記穴の内径が、前記コアの前記先端から前記フェルールの前記端面にわたって一定であり、
    前記穴に樹脂が充填されており、前記拡大コア部は前記樹脂の一部によって構成され、前記樹脂における前記一部を除く他の部分の屈折率は前記コアの屈折率よりも小さい、請求項７に記載の光ファイバ。
12. 請求項１〜３の何れか一項に記載の光ファイバと、
    波長１１００ｎｍ以下の光を出力する半導体レーザを有し、前記光ファイバの一端と光学的に結合された光源と、
    フォトダイオードを有し、前記光ファイバの他端と光学的に結合された受光部と、
    を備える、光伝送システム。
13. 請求項４〜６の何れか一項に記載の光ファイバと、
    波長８５０ｎｍ以下の光を出力する半導体レーザを有し、前記光ファイバの一端と光学的に結合された光源と、
    フォトダイオードを有し、前記光ファイバの他端と光学的に結合された受光部と、
    を備える、光伝送システム。

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